APLICACIÓN DE OZONO A LA DESINFECCIÓN DEL AGUA POTABLE

El ozono fue descubierto en 1785 por Van Mauten y es en 1857 cuando Werner Von Siemens diseña un generador de ozono.

En 1893 se usó por primera vez para desinfección del agua en Holanda, y en 1906se aplica en una planta de tratamiento en Niza. En los últimos 25 años, los mayores avances y desarrollos en este campo, han propiciado una importante mejora en los equipos productores y un mayor empleo en

la desinfección del agua.

El ozono, forma alotrópica del oxígeno, es un oxidante muy enérgico, utilizado como tal en la desinfección del agua, está comprobada su eficacia en oxidación de materias orgánicas e inorgánicas (entre éstas últimas destacan el hierro y manganeso).

Se forma de manera natural en los niveles altos de la atmósfera por la acción de las radiaciones UV procedentes del Sol, que produce la disociación iónica de la molécula de oxígeno y la reacción posterior de los iones formados con nuevas moléculas de oxígeno. A niveles más bajos de la atmósfera, se forma ozono gracias a la energía desarrollada por las descargas eléctricas en las tormentas, transformando el oxígeno en ozono.

Con un potencial de oxidación de 2,07 voltios, mientras el del cloro es 1,36 voltios, el ozono teóricamente puede oxidar la mayoría de los compuestos orgánicos y los convierte en dióxido de carbono y agua, Desde el punto de vista de la eficacia biosida, es el desinfectante más potente que se utiliza en los suministros de agua, eliminando el olor, sabor y color del agua, bacterias, virus y otros microorganismos, precipita el hierro y el manganeso, favorecer la nitrificación (oxida los nitritos, compuestos tóxicos para la fauna acuática, a nitratos.),Los tiempos de contacto y la concentración para inactivar o matar los agentes patógenos transmitidos por el agua son mucho más bajos que los del cloro libre o cualquier otro desinfectante. La capacidad de desinfección del ozono no cambia gran cosa en el intervalo normal del pH de los abastecimientos de agua.

El método de desinfección por ozonización consiste en agregar cantidades suficientes de ozono lo más rápidamente que sea posible, de manera que satisfaga la demanda y mantenga un residuo de ozono durante un tiempo suficiente para asegurar la inactivación o destrucción de los microorganismos. Los procesos de desinfección por ozono normalmente tratan de mantener un residual mínimo de 0,4 a 0,5 ppm después de 10 a 20 minutos de contacto con el agua.

El mecanismo de desinfección en la ozonización se basa en el alto poder del ozono como oxidante protoplasmático general. Esta condición convierte al ozono en un eficiente destructor de bacterias y la evidencia sugiere que es igual de efectivo para atacar virus, esporas y quistes resistentes de bacterias y hongos.

Como desventaja principal, el ozono no proporciona un residual estable aunque sea un desinfectante primario excelente que logra la destrucción de microorganismos, por lo tanto, habrá que añadir un desinfectante secundario para proporcionar ese residual y proteger el agua de una posible contaminación en el sistema de distribución, otras dos limitaciones importantes como desinfectante único: su vida media en el agua generalmente es menos de 30 minutos y además reacciona con sustancias orgánicas para producir derivados de peso molecular inferior, que son más biodegradables que sus precursores.

Desde el punto de vista económico, el uso más favorable del ozono parece ser cuando, además de la desinfección, se emplea simultáneamente para otros fines en el tratamiento de agua, como para descomponer sustancias orgánicas sintéticas, eliminar fenoles, que son generados por la adición

de cloro, formando cloro fenoles de sabor y olor muy desagradables, evitar la formación de trihalometanos, cuyos precursores suelen ser sustancias orgánicas como los ácidos húmicos, fúlvicos y tánicos, generalmente de procedencia vegetal, que a la vez comunican a las aguas superficiales una determinada coloración. Sobre estas sustancias orgánicas, con enlaces dobles entre átomos de carbono, actúa el ozono rompiéndolos y a medida que esto sucede, no sólo el color va desapareciendo, sino que los propios precursores de los trihalometanos se van eliminando. Así también ayuda a mejorar la floculación.

La ozonización (algunos llaman ozonación) es una buena alternativa a la cloración (principalmente en la pre oxidación).

El ozono es 12,5 veces más soluble en agua que el oxígeno. La solubilidad del ozono en agua depende de la temperatura de ésta y de la concentración de ozono en la fase gaseosa. En el cuadro siguiente se reflejan datos de solubilidad.

Concentración 03 5°C 10°C 15°C 20°C

1.5% 11.10 9.75 9.40 6.43

2% 14.80 13.00 11.20 8.57

3% 22.19 19.50 16.90 12.86

Es muy inestable, motivo este que obliga a generarlo in situ, en la propia planta de tratamiento de agua. Se descompone rápidamente, volviendo a originar oxígeno diatómico. La mitad de la vida del ozono en el aire es de unos 20 minutos, en el agua es muy variable, dependiendo de diversos factores (temperatura, pH, sustancias presentes en el agua, etc.), puede variar de 1 minuto hasta 300 minutos. A igualdad de condiciones es más estableen agua que en el aire. Es 1,3 veces más denso que el aire.

Ventajas:

 La ozonización elimina el color causado por el hierro, el manganeso

o la materia carbonosa, y los sabores y olores debido a la presencia de materia orgánica

 El ozono reduce la turbiedad, el contenido en sólidos en suspensión

y las demandas químicas y biológicas de oxígeno. Además, puede eliminar detergentes y otras substancias tenso activas no biodegradables.

 El ozono es un poderoso desinfectante: mata las bacterias patógenas,

inactiva los virus y otros microorganismos que no son sensibles a la desinfección ordinaria con cloro.

 La ozonización es más barata que la súper cloración seguida de una

de cloración, y del mismo costo que la cloración ordinaria.

 La ozonización es considerablemente más barata que la absorción

con carbón activado.

 Si no hay posterior recontaminación, el ozono residual es suficiente

para efectuar una desinfección común.

 El ozono no produce en el agua aumento en el contenido de sales

inorgánicas ni subproductos nocivos.

 El ozono actúa, en la desinfección de 600 a 3.000 veces más rápido

que el cloro.

2.2.5 SUBPRODUCTOS DE LA DESINFECCIÓN POR CLORO Y OZONO

inherentes a cualquier proceso de desinfección, cuando realmente subproductos tóxicos pueden originarse cuando se emplea un oxidante fuerte aunque no se emplee por motivos de desinfección.

A. Sub Productos del Cloro

El cloro ha sido el principal desinfectante de los abastecimientos de agua desde hace prácticamente un siglo.

Su empleo nunca fue discutido y los beneficios derivados de su empleo han sido evidentes, atajando y eliminando las grandes epidemias y brotes de enfermedades hídricas, hasta que en 1974, algunos investigadores como Rook en Holanda y Bellaren Estados Unidos, valiéndose de la cromatografía de gases y el espectrómetro de masas, pusieron en evidencia que el cloro reacciona con un sin fin de compuestos presentes en el agua como los aminoácidos, amoníaco, materia orgánica, hierro, manganeso y otros. De esta variedad de reacciones el resultado es una amplia gama de subproductos como son los trihalometanos (THM), los ácidos haloacéticos (AHA), clorofenoles, halocetonas y las cloraminas, siendo los de mayor incidencia sanitaria actualmente los dos primeros, a los que se le atribuye efectos cancerígenos especialmente subproductos (THM) bromados, la materia orgánica precursora de los subproductos de la cloración, son esencialmente los ácidos fúlvicos, ácidos húmicos, aminoácidos y nitrofenoles.

Las sustancias húmicas precursoras de la formación de los THM (suelen constituir el 50% de la Materia Orgánica Natural, MON), se originan principalmente por la degradación de sustancias vegetales, por arrastres

de sustancias del suelo y por los propios procesos biológicos de las algas presentes en el agua, son compuestos de anillo aromático que son rotos cuando el cloro actúa sobre ellos formándose finalmente compuestos con uno o dos átomos de carbono (haloformos y a veces haloetanos).

Al objeto de evitar la formación de THM y otros subproductos indeseables, las plantas de tratamiento evitan la utilización del cloro como oxidante al principio del tratamiento, es decir, la pre cloración. Esta adición sólo es aconsejable en dos situaciones: la primera, cuando la materia orgánica de entrada y la turbidez del agua tienen valores muy bajos, (esto es agua de excelente calidad); la segunda, cuando con agua de mala calidad se disponen de filtros de carbón activo al final del proceso de tratamiento, que conlleva la adsorción de los THM y otros compuestos no deseables. En caso de aguas turbias o con elevada concentración de compuestos húmicos y fúlvicos, es recomendable una oxidación con permanganato, previa a la floculación o a la entrada de filtros, y la utilización del cloro como desinfectante final.

Esquemáticamente, la formación de subproductos de la desinfección es la siguiente:

Desinfectante u oxidante + Precursores (Materia orgánica natural + Bromuros) ⇒Subproductos de la desinfección.

FIGURA 2.13.Subproductos trihalometanos (THM)

FUENTE: Tratamiento de Desinfección del Agua Potable, Francisco Ramírez Quirós B. Sub Productos del Ozono

Respecto al nivel de concentración del ozono para la desinfección del agua de consumo humano, no se conoce ningún efecto adverso directo sobre la salud. Sin embargo, al igual que el cloro, el ozono puede producir subproductos (SPD) como los bromatos, el bromoformo, el ácido bromoacétido, los aldehídos, las cetonas y los ácidos carboxílicos. Entre ellos, los aldehídos son probablemente los de mayor inquietud para la salud, pero la información aún es insuficiente para evaluar los riesgos de la exposición a los mismos en el agua potable. Tal como en el caso del cloro, se deben sopesar los riesgos para la salud por la ausencia de desinfección y los riesgos para la salud por la presencia de subproductos. Dado que todavía quedan muchos campos de investigación que deben explorarse con referencia a los SPD de la ozonización de aguas naturales o tratadas, las pruebas actuales indican que desde el punto de vista de los efectos para la salud, la ozonización podría considerarse segura. Para la desinfección secundaria se recomienda que la cloración sea inmediata

a la ozonización, lo cual permitirá una elevada reducción en la formación de THM. Asimismo, se recomienda que la ozonización esté seguida de carbón activado o de absorción por una capa biológica, debido a que ciertos compuestos después del proceso son más biodegradables que lo usual y se corre el riesgo de recrudecimiento biológico en los sistemas de distribución.

La combinación de los diversos productos empleados en la desinfección, en las distintas fases de esta, genera a su vez distintos subproductos, que de una forma resumida se presentan en el siguiente cuadro:

FIGURA 2.14.Subproductos de la desinfección asociados con los diversos procesos combinados de oxidación/desinfección

FUENTE: Tratamiento de Desinfección del Agua Potable, Francisco Ramírez Quirós Estos subproductos los ha presentado la OMS como la concentración en el agua de bebida asociada a un riesgo de cáncer de 10-5, es decir, un caso adicional de cáncer por 100.000 personas que consumen el agua con la concentración guía del subproducto en 70 años. La UE considera un riesgo de 10-6 en lugar del 10-5 propuesto por la OMS.